장주기 광섬유 격자 기반 이중 클래딩 광섬유 마하젠더 간섭계 및 이를 이용한 스트레인에 무관한 굽힘 및 온도 동시 측정장치 및 방법
Double-clad fiber Mach-Zehnder interferometer based on long-period fiber grating and apparatus and method for simultaneous measuring of bending and temperature insensitive to strain using thereof
특허 요약
본 발명은 광섬유를 이용하여 굽힘 및 온도를 동시에 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 온도와 굽힘 사이의 교차 민감도로 인해 센서의 감지성능이 제한되며, 특히, 센서부에 굽힘이 인가될 때 스트레인(strain)이 동시에 가해지는 것에 의해 측정결과가 부정확해지는 한계가 있었던 종래 기술의 광섬유 브래그 격자(FBG) 및 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 측정장치 및 방법들의 문제점을 해결하기 위해, 이중 클래딩 광섬유(DCF)에 일정한 주기로 이산화탄소(CO 2 ) 레이저 펄스를 조사하여 DCF의 코어 굴절률을 주기적으로 변조시켜 제작되는 LPFG 2개를 일정한 간격을 두고 직렬로 연결하여 구성됨으로써, 단일 센서부를 이용하여 굽힘과 온도를 동시에 측정할 수 있는 동시에, 측정 중 센서부에 스트레인이 인가되더라도 스트레인에 무관하게 동시측정을 수행할 수 있도록 구성되는 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI) 및 이를 이용한 스트레인에 무관한 굽힘 및 온도 동시 측정장치 및 방법이 제공된다.
청구항
번호청구항
1

센서부에 인가되는 스트레인(strain)에 무관하게 굽힘과 온도를 동시에 측정할 수 있도록 구성되는 장주기 광섬유 격자(Long-Period Fiber Grating ; LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(Double-Clad Fiber ; DCF) 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer ; MZI)에 있어서, 상기 이중 클래딩 광섬유(DCF)의 코어(core)에 미리 정해진 일정 간격을 두고 직렬로 연결된 2개의 장주기 광섬유 격자(LPFG)를 포함하여 구성되고, 상기 LPFG는, 상기 DCF에 미리 정해진 일정 주기로 이산화탄소(CO2) 레이저 펄스를 조사(illumination)하여 상기 DCF의 코어(core) 굴절률을 주기적으로 변조(modulation)시키는 것에 의해 각각 형성되도록 구성됨으로써, 단일의 센서부를 이용하여 굽힘과 온도를 동시에 측정할 수 있는 데 더하여, 측정 중 센서부에 길이 방향의 장력(strain)이 인가되더라도 스트레인에 무관하게 동시측정을 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI).

2

삭제

3

제 1항에 있어서, 상기 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI)는, 상기 DCF MZI의 투과 스펙트럼에서 클래딩 모드 차수(cladding-mode order)가 서로 다른 두 골(dip)을 각각 굽힘과 온도의 측정을 위한 센서 표지자(indicator dip)로 선택하고, 상기 센서 표지자의 굽힘 및 온도에 의한 파장 이동량을 측정하는 것에 의해 굽힘과 온도를 동시에 측정할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI).

4

삭제

5

제 3항에 있어서, 상기 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI)는, 상기 DCF의 내부클래딩 지름이 외부 클래딩(outer cladding) 지름의 80% 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI).

6

삭제

7

제 5항에 있어서, 상기 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI)는, 상기 DCF의 코어에 상기 장주기 광섬유 격자(LPFG)를 3개 이상 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI).

8

센서부에 인가되는 스트레인(strain)에 무관하게 굽힘 및 온도를 동시에 측정 가능하도록 구성되는 굽힘 및 온도 동시 측정장치에 있어서, 상기 센서부는, 청구항 1항, 청구항 3항, 청구항 5항, 청구항 7항 중 어느 한 항에 기재된 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 굽힘 및 온도 동시 측정장치.

9

센서부에 인가되는 스트레인(strain)에 무관하게 굽힘 및 온도를 동시에 측정 가능하도록 구성되는 굽힘 및 온도 동시 측정방법에 있어서, 청구항 1항, 청구항 3항, 청구항 5항, 청구항 7항 중 어느 한 항에 기재된 장주기 광섬유 격자(LPFG) 기반 이중 클래딩 광섬유(DCF) 마하젠더 간섭계(MZI)를 이용하여 상기 센서부를 구현하는 단계; 및 상기 센서부를 통하여 굽힘 및 온도의 동시측정을 수행하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 굽힘 및 온도 동시 측정방법.